(57)【要約】【課題】内燃機関の低温時に、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成する。【解決手段】改質ガス生成器１２には、燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料を処理するキャニスタ１５と、水蒸気供給器１６と、が接続されている。改質ガス生成器１２には、キャニスタ１５からのパージガス（原料ガス）と水蒸気供給器１６からの水蒸気が供給される。改質ガス生成器１２は、触媒２１に所定の電圧を印加することで、触媒２１や、供給された原料ガスが低温であっても、原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスを生成することが可能になっている。そして改質ガスは、改質ガス導入路１３を介して吸気通路に導入される。これによって、内燃機関１が低温状態であっても、原料ガスの改質により水素を生成して内燃機関１に供給することができ、内燃機関１の燃焼を促進させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体に貴金属を担持させた触媒に電圧を印加することで原料ガスを用いて水素を含む改質ガスを低温で生成可能な改質ガス生成器と、上記改質ガス生成器に上記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、を有し、
上記改質ガスを内燃機関の吸気系に導入することを特徴とする改質ガス供給装置。
【請求項２】
上記原料ガス供給部は、上記内燃機関の燃料タンクで蒸発した蒸発燃料を吸着するキャニスタであり、当該キャニスタに空気を導入して吸着された蒸発燃料を脱離させた際に生じるパージガスを上記原料ガスとして上記改質ガス生成器に供給することを特徴とする請求項１に記載の改質ガス供給装置。
【請求項３】
上記原料ガス供給部は、上記原料ガスが貯蔵された圧力容器であることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス供給装置。
【請求項４】
上記原料ガス供給部は、上記内燃機関の液状の燃料を蒸発させて上記原料ガスを生成する液体原料蒸発器であることを特徴とする請求項１に記載の改質ガス供給装置。
【請求項５】
上記液体原料蒸発器は、上記燃料を加熱して気化させる加熱蒸発、上記燃料を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは上記燃料の噴霧による蒸発のいずれかにより上記燃料から上記原料ガスを生成することを特徴とする請求項４に記載の改質ガス供給装置。
【請求項６】
上記原料ガスは、空気を用いて上記原料ガス供給部から上記改質ガス生成器に供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の改質ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒に電圧を印加して水素を含む改質ガスを低温で生成し、生成された水素を内燃機関の吸気系に供給可能な改質ガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼を促進させる目的で、近年、混合気に水素を添加する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、ガソリンに水素が添加された水素化燃料を内燃機関の排気熱を利用して触媒で改質反応させ、水素と脱水素生成物（ガソリン）とに分離することで、混合気に供給される水素を生成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２６１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１のように、排気熱を利用して燃料を改質反応させる場合、触媒での改質反応温度が高いため、排気温度の低い始動時等の内燃機関が低温時に、水素を生成することができないという問題がある。そのため、内燃機関の低温時に、水素を用いて燃焼を促進させるためには、タンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておくことになるため、装置の複雑化や大型化を招くという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の改質ガス供給装置は、誘電体に貴金属を担持させた触媒に電圧を印加することで原料ガスを用いて水素を含む改質ガスを低温で生成可能な改質ガス生成器と、上記改質ガス生成器に上記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、を有している。そして、上記改質ガスを、内燃機関の吸気系に導入している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、内燃機関が低温状態であっても、改質ガス生成器での原料ガスの改質により水素を生成して内燃機関に供給することができ、内燃機関の燃焼を促進させることができる。
【０００７】
また、改質ガス生成器は、内燃機関の温度状態にかかわらず、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成可能なので、内燃機関の燃焼の促進用にタンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておく必要性もなく、装置の複雑化や大型化を招くことなく、必要に応じて、内燃機関の吸気系に水素を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例おける改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図２】改質ガス生成器の概略を模式的に示した説明図。
【図３】本発明の第２実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図４】本発明の第３実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【図５】本発明の第４実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例おける改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
【００１０】
内燃機関１は、例えば自動車等の車両に搭載されるものである。この内燃機関１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続されていると共に、排気弁５を介して排気通路６が接続されている。燃焼室２の中央頂部には、燃焼室２内の混合気を火花点火する点火プラグ７が設けられている。
【００１１】
吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフローメータ８、吸入空気量を制御するスロットル弁９及び燃料（ガソリン等の炭化水素系化合物）を噴射供給する燃料噴射弁１０が配置されている。
【００１２】
ここで、燃料噴射弁１０の燃料噴射量や、スロットル弁９の弁開度、点火プラグ７の点火タイミング等の内燃機関１の各種制御は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１によって行われている。このＥＣＵ１１には、エアフローメータ８の検出値の他、各種センサ類からの信号が入力されている。
【００１３】
また、吸気通路４には、スロットル弁９よりも下流側の位置に、改質ガス生成器１２で生成された水素を含む改質ガスを導入する改質ガス導入路１３が接続されている。
【００１４】
改質ガス生成器１２には、燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料を処理するキャニスタ１５（原料ガス供給部）と、水蒸気を発生させる水蒸気供給器１６と、が接続され、キャニスタ１５をパージすることで得られる空気及び蒸発燃料からなるパージガスと水蒸気供給器１６からの水蒸気が供給されている。
【００１５】
キャニスタ１５には、キャニスタ１５に吸着された蒸発燃料（上記燃料の軽質成分）をパージする際の空気を導入するパージ用空気導入路１７の一端が接続されている。このパージ用空気導入路１７の他端は、スロットル弁９とエアフローメータ８との間の位置で吸気通路４に接続されている。そして、原料ガスとしての上記パージガスは、パージガス通路１８を介して改質ガス生成器１２に供給される。なお、本実施例では、パージ用空気導入路１７の他端が吸気通路４に接続されているが、パージ用空気導入路１７の他端を大気開放する等して、キャニスタ４のパージに要する空気を吸気通路４以外から導入するようにしてもよい。
【００１６】
水蒸気供給器１６は、改質ガス生成器１２に水蒸気を供給するものであって、例えば、原料となる水を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる水を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる水の噴霧による蒸発のいずれかにより水蒸気を生成するものである。この水蒸気供給器１６は、改質ガス生成器１２に上記原料ガスが供給されているときに、改質ガス生成器１２に水蒸気を供給する。
【００１７】
図２は、改質ガス生成器１２の概略を模式的に示した説明図である。改質ガス生成器１２は、触媒２１と、この触媒２１に所定の電圧を印加して触媒２１内に電流を流すことが可能な一対の電極２２、２２と、を有している。
【００１８】
触媒２１は、誘電体に貴金属を担持させたものであり、より具体的には、例えば、コージェライト製のハニカム状モノリス担体に、上記誘電体をコーティングし、さらにその上に貴金属を担持することで形成される。
【００１９】
触媒２１における上記誘電体としては、例えば、酸化セリウム（ＣｅＯ２）や酸化ジルコニウム（ＣｅＯ２−ＺｒＯ２）を用いるのが好適である。また、上記誘電体に担持される貴金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を用いるのが好適であるが、ニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）等を用いても上記原料ガスから低温で水素を含有する改質ガスを生成可能である。
【００２０】
一対の電極２２、２２は、それぞれ上記触媒に直接接触するように配置されているが、触媒２１に直接接触しないように配置することも可能である。また、電極２２、２２への電圧の印加は、ＥＣＵ１１によって制御される。
【００２１】
改質ガス生成器１２は、触媒２１に所定の電圧を印加することで、触媒２１や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスと水蒸気を用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。上記改質ガスとは、水素の他に、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を含有する混合ガスである。
【００２２】
また、改質ガス生成器１２で、上記改質ガスを生成するタイミングは、例えば、エンジン始動時等の内燃機関１が低温状態のときである。このようなタイミングで、ＥＣＵ１１からの指令によりキャニスタ１５のパージを実行すると共に、ＥＣＵ１１からの指令により水蒸気供給器１６で水蒸気を発生させる。キャニスタ１５のパージは、例えばパージガス通路１８に介装されたパージコントロール弁（図示せず）を開弁することで実施される。また、内燃機関１の始動時以外でも、キャニスタ１５に吸着された蒸発燃料の吸着量が多くなった場合には、内燃機関１の高負荷運転時にキャニスタ１５のパージが実施されるが、このときには改質ガス生成器１２に水蒸気を供給しないようにして、上記改質ガスを生成しないようにしてもよい。
【００２３】
このような第１実施例の改質ガス供給装置においては、内燃機関１が低温状態であっても、改質ガス生成器１２において上記原料ガスの改質により水素を含む上記改質ガスを生成して内燃機関１に供給することができ、上記改質ガス内の水素により内燃機関１の燃焼を促進させることができる。
【００２４】
そして、改質ガス生成器１２は、内燃機関１の温度状態にかかわらず、上記原料ガスから水素を含む改質ガスに生成可能なので、内燃機関１の燃焼の促進用にタンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておく必要性もなく、装置の複雑化や大型化を招くことなく、必要に応じて、内燃機関１の吸気系に水素を導入することができる。
【００２５】
そして、パージに伴い導入された空気に利用して蒸発燃料をパージガスを改質ガス生成器１２に供給するため、円滑に蒸発燃料を改質ガス生成器１２に供給することができる。
【００２６】
また、改質ガス生成器１２には、パージに伴い導入された温度の低い吸気通路４内の空気を利用して蒸発燃料が供給されるため、上記原料ガス自体が低温となり、上記改質ガス中の水素が酸素と反応してしまうことを抑制することができる。そのため、空気を用いて蒸発燃料を改質ガス生成器１２に供給しても、上記原料ガスの改質で得られた水素を効率良く内燃機関１に供給することができる。
【００２７】
なお、改質ガス生成器１２は、キャニスタ１５に吸着される蒸発燃料がアルコールを含有するような場合には、上記原料ガスが上記パージガスのみからなっていても、上記改質ガスを生成することができる。すなわち、この第１実施例において、燃料タンク１４内の燃料がエタノール等のアルコールを含有する燃料に限られるのであれば、水蒸気供給器１６を省略することも可能である。
【００２８】
以下、本発明の他の実施例について説明するが、上述した第１実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
図３は、本発明の第２実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第２実施例の改質ガス供給装置は、上述した第１実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第２実施例は、例えばＣＮＧやＬＮＧ等の天然ガスが貯蔵されたボンベ等の圧力容器３１を有し、この圧力容器３１内の天然ガスが原料ガスとして改質ガス生成器１２に供給される。そして、水蒸気供給器１６は、改質ガス生成器１２に上記原料ガスが供給されるときに、改質ガス生成器１２に水蒸気を供給する。
【００３０】
このような第２実施例においても、改質ガス生成器１２は、触媒２１に所定の電圧を印加することで、触媒２１や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
【００３１】
そのため、このような第２実施例においても、上述した第１実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第２実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器１２に対して原料ガスを供給することが可能となる。
【００３２】
図４は、本発明の第３実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第３実施例の改質ガス供給装置は、上述した第１実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第３実施例は、燃料タンク１４内の液体燃料を蒸発させる液体原料蒸発器３６を有し、液体原料蒸発器３６で蒸発させた蒸発燃料が原料ガスとして改質ガス生成器１２に供給される。
【００３３】
液体原料蒸発器３６は、例えば、原料となる液体燃料を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる液体燃料を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる液体燃料の噴霧による蒸発のいずれかにより蒸発燃料を生成するものである。そして、水蒸気供給器１６は、改質ガス生成器１２に上記原料ガスが供給されるときに、改質ガス生成器１２に水蒸気を供給する。
【００３４】
このような第３実施例においても、改質ガス生成器１２は、触媒２１に所定の電圧を印加することで、触媒２１や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
【００３５】
そのため、このような第３実施例においても、上述した第１実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第３実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器１２に対して原料ガスを供給することが可能となる。
【００３６】
図５は、本発明の第４実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第４実施例の改質ガス供給装置は、上述した第１実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第４実施例は、燃料タンク１４内の液体燃料がエタノールあるいはメタノール等のアルコールを含む燃料となっており、このアルコールを含む液体燃料を蒸発させる液体原料蒸発器４１を有している。
【００３７】
液体原料蒸発器４１は、例えば、原料となる液体燃料を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる液体燃料を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる液体燃料の噴霧による気化蒸発のいずれかにより蒸発燃料を生成するものである。
【００３８】
また、この第４実施例おいて、改質ガス生成器１２には、液体原料蒸発器４１で生成された蒸発燃料を導入する蒸発燃料導入路４２の一端が接続されている。この蒸発燃料導入路４２の他端は、スロットル弁９とエアフローメータ８との間の位置で吸気通路４に接続されている。そして、液体原料蒸発器４１で生成した蒸発燃料が原料ガスとして蒸発燃料導入路４２を介して改質ガス生成器１２に供給される。
【００３９】
なお、図５においては、４３は蒸発燃料導入路４２の他端を開閉する上流側開閉弁、４４は改質ガス導入路１３と吸気通路４の接続部分を開閉する下流側開閉弁であり、双方ともＥＣＵ１１によって開閉制御されるものである。
【００４０】
第４実施例において、上記改質ガスを内燃機関１に供給する際には、上流側開閉弁４３及び下流側開閉弁４４を開弁し、スロットル弁９下流側の負圧を利用してスロットル弁９上流側の空気とともに液体原料蒸発器４１で生成した蒸発燃料を改質ガス生成器１２に導入する。また、上記改質ガスを内燃機関１に供給しない場合には、上流側開閉弁４３及び下流側開閉弁４４を双方とも閉弁する。
【００４１】
このような第４実施例においては、液体原料蒸発器４１で生成された蒸発燃料がアルコールを含有している。そのため、改質ガス生成器１２は、触媒２１に所定の電圧を印加することで、触媒２１や、供給された上記原料ガスが低温であり、また改質ガス生成器１２に水蒸気を供給しなくても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
【００４２】
つまり、このような第４実施例においても、上述した第１実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第４実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器１２に対して原料ガスを供給することが可能となる。
【００４３】
そして、この第４実施例は、上記改質ガスの内燃機関１への供給が不要ときには、上流側開閉弁４３及び下流側開閉弁４４を双方とも閉弁することで、改質ガス導入路１３内に改質ガスを一時的に閉じ込めることが可能となるので、暖機後の内燃機関１の始動時等に、改質ガス導入路１３内の改質ガスを使用すると、水素の燃焼改善効果により始動時の燃料供給量の更なる低減や、始動時の排気性能を向上させることができる。
【００４４】
また、上流側開閉弁４３及び下流側開閉弁４４を双方とも開弁することで導入された空気に利用して液体原料蒸発器４１で生成した蒸発燃料を改質ガス生成器１２に供給するため、円滑に蒸発燃料を改質ガス生成器１２に供給することができる。
【００４５】
そして、改質ガス生成器１２には、温度の低い吸気通路４内の空気を利用して液体原料蒸発器４１で生成した蒸発燃料が供給されるため、上記原料ガス自体が低温となり、上記改質ガス中の水素が酸素と反応してしまうことを抑制することができる。そのため、空気を用いて蒸発燃料を改質ガス生成器１２に供給しても、上記原料ガスの改質で得られた水素を効率良く内燃機関１に供給することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…内燃機関
２…燃焼室
３…吸気弁
４…吸気通路
５…排気弁
６…排気通路
７…点火プラグ
８…エアフローメータ
９…スロットル弁
１０…燃料噴射弁
１１…ＥＣＵ
１２…改質ガス生成器
１３…改質ガス導入路
１４…燃料タンク
１５…キャニスタ
１６…水蒸気供給器
１７…パージ用空気導入路
１８…パージガス通路
２１…触媒
２２…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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